煤矿老空水防治

224
200 100
104 109 159 137 118 109
99
63
166 59 47
192
122
38
44
89 79 64 24 21 19 12
0
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
响测量结果
人文噪声
工业用电、有线广播
只集中在少数几个频率或某个 有限频带
电器设备与电信工程中的电磁 大地游散电流直接干扰直流电
信号及辐射现象
法、瞬变电磁法探测结果
车辆运行、风
临时、随机干扰等
天然噪声 天然电磁场,如大气放电、磁暴
随机干扰等
12
老空水的特征：以水体形式存在，其赋存空间为人为因素
造成，水源来自于与受采矿活动扰动的围岩含水层或含水体，径 流不畅，水交替活动弱，水质受煤层化学成分影响较大，多为酸 性水，有较强的腐蚀性，含有大量硫化氢气体。由于开采历史久 远，无序开采，滥采滥掘，资料不清，探查技术手段相对落后， 目前对采空积水区的范围、积水量等还难以查明。
4、194勘探队曾经做过初步勘探，但拿不出物探结果。
35
采用综合物探方案，先探后堵
• 中煤科工集团西安研究院在没有已知地质资料的 情况下，根据现有条件，研究采用以高分辨电测 深法为主、自动地电阻率法、瑞利波法、浅层地 震法、明渠流量仪等为辅的综合物探手段，对黄 陵一号井突水点附近100m宽的保安煤柱内进行综 合物探。
煤矿老空水防治
目录
一、我国煤矿老空水水害形势 二、老空水及水害的基本特征 三、老空水防治的技术途径与方法 四、黄陵矿业老空水防治案例
2
一、我国煤矿老空水水害形势
2000～2015年煤矿水害事故统计
700
605
600
551
509
500
432
417
400 351
357
死亡人数 事故起数
300
255 263
56
老空透水
1991.
四川自贡富顺中坝矿
42
老空透水
2005. 12.2 河南新安县寺沟煤矿
42
老空透水
2001.5.16
四川宜宾青龙嘴矿
39
老空透水
2010.3.28 山西华晋焦煤王家岭煤矿
38
老空透水
2008.7.21 广西百色市右江那读煤矿
36
2004.12.12 贵州省思南县天池煤矿
36
老空透水 岩溶突水
老空积水包括历史上开采或其它矿井开采形成的采空区，其范 围、位置、水压、水质不清，积水区域不明确，积水量难以预 测，也包括本矿自己采矿形成的采空区，其范围、位置、水压、 水质等基本清楚，积水区域相对明确，积水量可确定。
9
特点1：老空区积水来源复杂
老窑区充水水源有以下几种形式
老窑区充水 水源形式
种类1
管路和水沟等排水系统及能力的具体安排等。 5、制定应急预案。 6、探放标注在采掘工程平面图上。
25
探放老窑水的原则： – （1）积极探放 – （2）先隔离后探放 – （3）先降压后探放 – （4）先堵后探放
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积水区
＞30m
＞50m
积水线
探水线
警戒线
《煤矿防治水手册》
27
四、黄陵矿业公司老空水防治案例
36
瑞利波、电法剖面物探成果图
瑞 4.1 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞
瑞 瑞 瑞0 瑞 10 20 (m)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
20
20
10
10
01
10
20 27
28
40
50 54
55 60
70 77
80
90 95
96 100
110
120
• 危害： 直接造成一号煤矿三个出入口主平硐淹没，被
迫全矿停产，威胁着整个一号矿井的安全。
33
出水点附近的地表情况
34
探查难点
1、没有周边小煤窑采空区的地质资料； 2、一号矿口位于沮水河北岸，其主巷道位于2号煤层
顶板附近；该沮水河两岸小煤窑遍布无数，且相互 连通。半年前其上游小煤窑连续被河水淹没，小煤 窑采空区中肯定大量积水，但水量未知； 3、出水点附近地形属于半原始森林，树木丛生，黄土 沟壑高差约百米，勘探非常困难。
老空水的监测
1、地质调查 2、物探（地面、井下） 3、钻探
多指对本矿或已知采空区积水水位、水量、水质以及径流的监测。
21
探测积水老空区的物探方法
方法 常规直流电法 高密度电阻率法
超高密度 激发极化法 直流超前探测 音频电穿透法 瞬变电磁法
CSAMT 地质雷达 高频电磁测深法EH-4 无线电波透视法
主要为石炭二叠 系太原组、山西 组，仅大同矿区 有侏罗系大同组
大部分属中低山区，第四系 覆盖不厚，一般0~5m，有
的可达250~300m
陕 西 省
45000
韩水彬铜城、长川、澄、、黄城子蒲陵、长城、合等、神阳县自府、、水神为东为，府侏部石澄、罗的炭城彬系蒲二、长，城叠合主其、系阳要它白、
大部分为黄土覆盖，覆盖 厚度0~250m，仅韩城为低
《煤矿防治水规定》则在如何执行规程要求方面提出了详 细的规定。规程和规定是煤矿防治水工作的最基本要求，是指 导防治水工作的“红头文件”。（有法律效应，不可违反）
19
对老空水而言，防与治的原则依然是： 预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采。
防治老空水的途径：
探查 监测
治理
20
老空水的探查
强调上述探查方法的综合性。
空区、相邻积水区、地表河建筑物及断层构造的关系，以及积水区与其他充 水含水层的水力联系程度等。 （2）探放水巷道的开拓方向、施工次序、规格和支护形式。 （3）探放水钻孔组数、个数、方向、角度、深度和施工技术要求及采用的超前 距与帮距。
24
探放老空水的技术途径与原则： 1．查明老空区积水情况。 2．探放老空积水。 3、探放水施工与掘进工作的安全措施制定 4、防排水设施，如水闸门、水闸墙等的设计以及水仓、水泵、
老空水的治理
1、疏放（定向钻，疏干孔） 2、留设安全煤岩柱 3、防水设施（防水闸墙，排水系统等）
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小煤窑或矿井采掘的废巷老窑积水，一旦采掘工作面接近或揭露它们时，常 常造成人身伤亡事故，必须在采掘前预先探放。
一般 探放水工程设计内容包括： （1）查明老窑积水范围、积水量，确切的水头高度（水压），老窑与上、下采
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 110 120
图
图0
1000 2000 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 10000 11000 12000
500
110
瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞瑞瑞瑞 瑞 瑞 瑞
3
事故特点： 1、较大以上事故比例较大：危害大，影响大。 2、老空水为主要水害水源，比例达占70～80%。
对老空水探查、治 理技术手段不能满 足安全生产要求。
4
3、乡镇煤矿水害事故所占的比例较大。
反映了煤矿安全管理水平 和水害事故之间的关系。
5
4、掘进工作面为主要的透水地点
反映超前探技术和隐伏构 造探查技术落后； 越层越界开采严重。
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举例1：黄陵一号矿老窑透水事故
1999年 3月24日，仓村小煤矿老空区透水
29
1999年3月24日，黄陵一号煤矿老窑透水， 速度 很快，来不及防范！——数小时后淹没三条大巷 平硐！
井下突水情况
30
出水点平面图
31
出水点平面图
32
• 突水位置：于1999年3月24日，在一号煤矿三个主 平硐西侧入口附近发生老窑透水事故，峰值水量 约800m3/h。
15
1
2
3
4
5
15
10
10
5
5
瑞瑞瑞
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61瑞 瑞63
地面高分辨直流电法解释断面图（第2测线）
已知充水巷道
未知巷道
15
中国煤矿突水伤亡统计
排序
1 2 3 4 5 6 7
8 9 10
11
12
中国近几十年煤矿突水伤亡之最（不完全统计，2010年）
日期
煤矿名称
死亡人数 出水原因
2005.8．7 广东省兴宁市大兴煤矿
123
老窑透水
1985.
四川广安李家沟矿
61
岩溶突水
1990.
四川乐山东风矿
57
老空透水
2006.5.18 山西省大同市新井煤矿
37
井下直流电法探测断面图（西大巷侧帮透水点附近）
瑞 4 瑞瑞瑞瑞瑞瑞瑞瑞瑞瑞瑞瑞瑞瑞瑞瑞瑞
（ M（ 5
30
0 10 20
15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 125 135 145 155 165 175 185 195 205 215 瑞 M瑞
30
25
25
20
20
1 地表水体 大气降水
种类2 河流
种类3
补给通 道
湖泊 地裂缝
2 采空区周围 地下含水层 储导水断裂带
地裂缝
3
临近的其它 老窑水体
新采空区
老采空区
地裂缝
4 共同补给源
地表水
采空区周围的 含水层等
地裂缝
10
特点2: 地表地形条件复杂
省
煤田面 积（km2）
地点
煤系地层
赋存环境（地形）
河 北 省
7000
开滦、峰峰、邢 台、邯郸、蔚县、 井陉、兴隆、柳江
等市县
以石炭二叠系太 原组、山西组为 主，个别为侏罗
系下花园组
井陉、兴隆为中低山煤田， 其它都是山前（燕山、太行 山)冲积、洪积斜坡，冲洪 积覆盖的隐伏煤田，第四系
厚度0~800m
山 西 省
57000
大同、阳泉、太 原西山、汾西、潞 安、轩岗、晋城、 霍县Baidu Nhomakorabea平朔、宁武、 离石、柳林等县市
地震类 瞬态瑞利波
放射性 微重力
基本原理
主要适用条件
传导类直流电法
1、接地条件良好 2、地形平坦
1、无较强的电磁干扰源
感应类时间域、频率域 2、不需接地
电磁法
3、地形不能太陡
震波类
利用岩石放射性异常 利用重力异常
1、面积状采空区效果好 2、岩石界面平整
采空区有氡射气传播时
22
深度浅、范围小的采空区H<100m
17
采空区数量多、范围大
据2013“国家煤矿安监局科技装备司” 普查 报告，仅2005年以来，累计取缔非法生产煤 矿、非法采煤窝点5.4万处次，关闭各类小煤 矿1.6万余处。
随着兼并重组力度的加大，遗留了大量未有 效处置的采空区。
18
三、老空水防治的技术途径与方法
《煤矿安全规程》从制度、人员、装备以及防治水规划、 矿井水文地质类型划分、水文地质条件勘探等方面做了具体的 规定，明确提出了探放老空水的技术要求和技术方法。
6
针对目前煤矿水害的特点，根据我国煤层赋存和开采 的实际情况，在一段时间里，老空水仍是威胁煤矿安 全生产的主要水害类型，其防治任重而道远。
7
二、老空水及水害的基本特征
老空水，也称老空区积水，一般指由 于采矿活动形成的地下空间长期没有排 水或排水不足造成的积水。
8
由于煤层开采的时间、方法不同，形成的老空区形状、范围、积 水量也不同。一般而言，从古至今，采空区规模越来越大。
130 140 150 160 170 180
图图图图图图图图图图图图
瑞 3.2 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞 瑞
200
ρs 瑞ΩM瑞
180
160
瑞瑞瑞瑞瑞
140
120
AO=10.5m
100
AO=19.5m
80
60
40
20
0 0
瑞M瑞
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220
2003.7.26 山东省枣庄市木石煤矿
35
顶板突水
2010.3.1
神华集团骆驼山煤矿
32
陷落柱突水
备注 占66% 岩溶水
岩溶水 地表水 岩溶水
16
2005年8月7日震惊中外的广东梅州大兴煤矿发生特 大水害事故，该矿开采急倾斜煤层造成顶板抽冒， 上部采空区积水涌入矿井，121人死亡。
2010年3月28日，山西华晋焦煤王家岭矿 20101工作面发生特大老空突水事故，152 名矿工被困，38名工人遇难。
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煤矿老空水害特点：
水量以静储量为主，持续时间短，来势 凶猛，瞬时破坏力强，常伴有硫化氢等 有害气体涌出。
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危害性大、隐蔽性强 老窑采空区
成因
特点
灾害事故
煤矿开采遗留的采 空区、煤炭资源整 合及煤矿兼并重组 遗留的采空区
严重性 多害性
诱发透水、有害气 体中毒、火灾、 瓦斯爆炸及诱发其 它工程地质灾害
山区、局部平原
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特点3: 探查干扰因素多
噪声
干扰因素
干扰结果
地表附近的局部不均匀体
产生静位移畸变
地势起伏不平
产生地形影响
地质噪声
测区构造异常复杂,很难找到与 此构造相适应的资料处理分析
和解释方法
用近似方法与简化模型代替而 必然导致的误差
噪声信号能量可以是正常信号
电力传输系统，如高压线路 的数倍甚至几个数量级,直接影